CN109800027A - 基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法及系统 - Google Patents
基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法及系统，其中，该任务卸载方法包括如下步骤：将用户节点的服务请求参数发送到控制器；将服务节点自主上报的服务能力发送到控制器；使控制器根据用户节点的服务请求参数以及各服务节点上报的服务能力，制定卸载服务策略；根据制定的卸载服务策略，使选取的服务节点为用户节点提供卸载服务。该方法有利于分布式的网络性能优化提升，提高服务节点参与服务的灵活性和积极性；而且有利于服务节点进行自我保护，防止过载，提升网络运行的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法，同时涉及相应的网络节点间任务卸载系统，属于智能计算技术领域。
背景技术
随着网络技术的不断发展，产生了大量的新型网络应用。同时，网络中的节点数量呈现爆发式增长。海量的数据使得原本基于云服务器的网络架构无法满足未来网络运行的需求，产生诸如链路负担过重，时延过大，移动性支持较差等问题。
为了解决上述问题，移动边缘计算/雾计算技术产生。移动边缘计算/雾计算可以深度挖掘海量设备的内在闲置通信、存储、计算和控制资源，缓解链路拥塞、时延和能耗等方面的压力。该技术依靠大量具有服务能力的边缘服务节点，通过将用户节点的任务卸载到距离较近的边缘服务节点而非云端，从而实现更高质量的服务。同时，服务节点位置和服务能力的灵活部署，也为以用户为中心的服务提供了基础。
目前，已有的用户任务卸载策略以命令模式运行。在该模式下，所有的服务节点的全部服务能力信息均提供给卸载服务控制器。控制器可以利用服务节点的全部服务能力为用户节点提供处理任务的卸载服务。此类命令模式的下载方法未考虑服务节点的自身特性。由于移动边缘计算/雾计算网络中的服务节点有相当一部分为独立的具有空闲资源的网络节点，而并非是由运营商专门部署的，自主性的缺失使得服务节点缺少参与任务卸载的积极性和驱动力，不利于网络性能的提升。同时，现有的命令模式容易造成少量的服务节点承担大量的服务任务，导致负载的不均衡，使得一部分节点由于负载过重而被迫关闭，造成系统性能的退化。
为了提升网络中独立服务节点参与服务的意愿，同时实现负载的均衡化，亟需一种新的任务卸载方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载系统。
为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法，包括如下步骤：
将用户节点的服务请求参数发送到控制器；
将服务节点自主上报的服务能力发送到控制器；
使控制器根据用户节点的服务请求参数以及各服务节点上报的服务能力，制定卸载服务策略；
根据制定的卸载服务策略，使选取的服务节点为用户节点提供卸载服务。
其中较优地，所述服务请求参数包括用户任务特性、服务质量需求和用户节点特征。
其中较优地，所述服务节点自主上报的服务能力由服务节点根据自身特性和当前网络状态自主决定。
其中较优地，服务节点根据自身特性和当前网络状态自主决定上报的服务能力包括：
1)存在总是完全上报服务能力的服务节点；
2)服务节点以自身利益为导向上报服务能力；
3)服务节点上报的服务能力小于、大于或等于自身实际服务能力。
其中较优地，所述服务节点上报给控制器的服务能力采用如下公式获得：
其中，C为服务节点上报给控制器的服务能力；λ为调节因子；为服务节点的历史能耗；r为用户节点所提供的服务回报；Cmax为总的最高服务能力。
其中较优地，所述使控制器根据用户节点的服务请求参数以及各服务节点上报的服务能力，制定卸载服务策略，包括如下步骤：
根据用户节点的服务请求参数判定用户节点的服务性能指标；
根据用户节点的服务性能指标以及服务节点上报的服务能力信息制定卸载服务策略，选取相应的服务节点为用户节点提供卸载服务；
将制定的任务卸载策略发送给用户节点和选定的服务节点。
其中较优地，所述根据制定的卸载服务策略，使选取的服务节点为用户节点提供卸载服务，包括如下步骤：
用户节点根据制定的卸载服务策略将待处理任务划分为子任务；
用户节点根据卸载策略将子任务分发至卸载策略指定的服务节点；
服务节点完成子任务的计算处理并根据服务需求选择是否将计算结果返回用户节点。
其中较优地，所述基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法，还包括如下步骤：
服务节点根据自身状态和网络环境变化自主更新服务能力上报策略。
其中较优地，所述自身状态变化包括服务节点历史能耗的变化；所述网络环境变化包括用户节点提供的服务回报的变化。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载系统，包括处理器和存储器；所述存储器上存储有可用在所述处理器上运行的计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
将用户节点的服务请求参数发送到控制器；
将服务节点自主上报的服务能力发送到控制器；
使控制器根据用户节点的服务请求参数以及各服务节点上报的服务能力，制定卸载服务策略；
根据制定的卸载服务策略，使选取的服务节点为用户节点提供卸载服务。
本发明所提供的基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法，服务节点根据自身特点和网络状态自主参与用户节点的任务卸载服务，一方面有利于分布式的网络性能优化提升，提高服务节点参与服务的灵活性和积极性；另一方面利于服务节点进行自我保护，防止过载，提升网络运行的稳定性。
附图说明
图1为本发明所提供的实施例中，任务卸载服务的结构示意图；
图2为本发明所提供的基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法的流程图；
图3为本发明所提供的基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。
本发明的目的是在移动边缘计算/雾计算网络中提供一种用户任务的卸载策略，结合服务节点的自主能力上报和更新，兼顾服务性能和服务节点的自身利益保护，基于用户节点的服务请求参数和服务节点上报的服务能力，提供相应的卸载服务策略。如附图1所示，在移动边缘计算/雾计算网络中，用户节点可以通过向控制器发送带有请求参数的服务请求，控制器基于服务请求为用户提供任务卸载服务。控制器完成任务卸载策略的制定，用户节点完成任务的分发，服务节点完成任务的计算处理和回传。
本发明提出的基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法，通过服务节点综合考虑自身特性和网络环境，自主地进行服务能力的上报和更新，控制器通过服务节点上报的服务能力和用户节点提供的服务请求参数，为用户节点提供任务卸载策略。如图2所示，本发明所提供的基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法，包括如下步骤：首先，用户的任务特征、服务质量需求、用户节点特性，均作为服务请求参数向网络控制器请求任务卸载服务；其次，服务节点根据自身特性和当前网络状态自主决定是否向控制器上报服务能力以及上报服务能力的大小；然后，控制器根据用户的服务请求参数，在上报服务能力的服务节点中选取节点为用户提供任务卸载服务。最后，用户根据网络控制器提供的卸载策略，将任务划分并发送至选取的服务节点进行处理。服务节点根据自身状态和网络环境变化自主更新服务能力上报策略。本发明在网络节点卸载服务中为服务节点引入自主参与的特性，实现节点对于自身服务能力的自主选择性上报，实现了兼顾网络服务性能和服务节点自身利益保护的任务卸载方式。下面对这一过程做详细具体的说明。
S1，将用户节点的服务请求参数发送到控制器。
在支持任务卸载服务的网络中，用户的任务特征、服务质量需求、用户节点特征，作为向节点控制器请求任务卸载服务的请求参数。即服务请求参数包括用户任务特性，服务质量需求，用户节点特征等。
当用户节点处产生任务卸载需求时，用户节点将服务对控制器发送任务卸载服务请求。请求参数为R＝(C,Q,T)，其中C示用户任务特性，包括任务大小，任务类型，任务优先级等；Q表示服务质量需求，包括服务所需时间，服务所需成本，服务回报等；T表示用户节点特性，包括用户位置，与其他节点的拓扑邻接关系，用户节点能力(用户节点自身计算处理能力)，用户优先级等。
S2，将服务节点自主上报的服务能力发送到控制器。
服务节点根据自身特性和当前网络状态自主决定是否向控制器上报服务能力以及上报服务能力的大小，服务节点自主地向控制器汇报服务能力，该自主性允许服务节点上报的服务能力与自身总体具有的服务能力不等，亦允许服务节点选择不上报服务能力，即服务节点不参与卸载任务服务的提供；同时，允许存在部分总是完全上报服务能力的服务节点。
具体的，服务节点根据自身特性和当前网络状态自主决定上报的服务能力包括：
1)允许存在总是完全上报服务能力的服务节点；
2)允许节点以自身利益为导向上报服务能力；
3)允许服务节点上报的服务能力小于、大于，或等于自身实际服务能力。
影响网络中服务节点上报能力大小的因素包含但不限于：
(1)服务节点自身所具有的服务能力大小，如CPU(Central Processing Unit，中央处理器)运行频率等；
(2)服务节点的服务成本，如能耗，服务时间等；
(3)服务节点的服务回报，包括从运营商以及用户处得到的回报等。
在本发明所提供的一个具体实施例中，将服务节点的历史能耗表示为E，用户所提供的服务回报为r，其总的最高服务能力为Cmax，则服务节点上报给控制器的服务能力可以表示为：
其中，C为服务节点上报给控制器的服务能力；λ为调节因子，可以根据和r的取值进行调节。从而实现历史负载越高的服务节点，服务节点上报的服务能力越低；用户节点所提供的服务回报越高，服务节点上报的服务能力越高的效果。在本发明所提供的实施例中，服务节点具有在上述因素例如历史能耗和服务回报r变化的时候自主更新上报给控制器的服务能力的特性。当服务节点状态变化时，或者请求服务的用户节点提供的回报等参量变化时，服务节点按照上述公式更新服务能力后反馈给请求服务的用户。服务节点上报能力的更新在后续进行详细的说明。
S3，使控制器根据用户节点的服务请求参数以及各服务节点上报的服务能力，制定卸载服务策略，在上报服务能力的服务节点中选取一定的节点为用户节点提供卸载服务。
网络控制器(简称控制器)根据用户节点的服务请求参数，以及各服务节点上报的计算能力，采取一定的卸载策略制定规则，在上报服务能力的服务节点中选取一定的节点为用户节点提供卸载服务。
其中，控制器根据用户节点的服务请求参数以及各服务节点上报的服务能力，制定卸载服务策略包括：
1)卸载策略基于用户提供的服务需求信息；
2)卸载策略基于服务节点上报的服务能力信息。
具体的，网络控制器基于用户提供的服务需求信息R＝(C,Q,T)，以及当前网络中服务节点上报的服务能力信息，为用户提供任务卸载策略。网络控制器将制定的任务卸载策略发送给用户节点和选定的服务节点，从而由服务节点完成对用户节点的任务卸载服务。
在本发明所提供的实施例中，使控制器根据用户节点的服务请求参数以及各服务节点上报的服务能力，制定卸载服务策略，包括如下步骤：
S31，根据用户节点的服务请求参数判定用户节点的服务性能指标。
控制器在制定卸载策略时以一定的服务性能指标为依据。例如，对于延迟敏感型任务，控制器需要制定最小化任务处理时延的卸载服务策略；对于功耗敏感型任务，控制器需要制定最小化任务处理功耗的卸载服务策略等。
S32，根据用户节点的服务性能指标以及服务节点上报的服务能力信息制定卸载服务策略，选取相应的服务节点为用户节点提供卸载服务。
S33，将制定的任务卸载策略发送给用户节点和选定的服务节点。
S4，根据制定的卸载服务策略，使选取的服务节点为用户节点提供卸载服务；具体包括如下步骤：
S41，用户节点根据制定的卸载服务策略将待处理任务划分为子任务。
S42，用户节点根据卸载策略将子任务分发至卸载策略指定的服务节点。
S43，服务节点完成子任务的计算处理并根据服务需求选择是否将计算结果返回用户节点。
具体的，用户节点根据网络控制器提供的卸载策略，将任务划分并发送至选取的服务节点进行计算，用户节点的任务可以划分为多个子任务卸载到控制器指派的服务节点进行处理，服务节点在完成用户卸载的子任务的计算处理后，根据服务需求，选择是否将处理结果返回给用户节点，从而完成用户节点任务的卸载服务。是否需要返回处理结果由用户节点服务请求信息中的任务类型信息决定。当用户要求服务节点将处理过后的结果返回时，服务节点将该处理过后的结果直接返回至用户节点，否则，不返回结果，服务结束。
在本发明所提供的实施例中，用户节点根据卸载策略完成子任务划分和分发的过程中需考虑包含但不限于以下因素：
(1)划分的子任务大小；
(2)向多个服务节点传输子任务的多址方式，如TDMA(Time Division MultipleAddress，时分多址)，FDMA(Frequency Division Multiple Access，频分多址)等；
(3)其他问题，如编码，调制，同步，重传等。
在本发明所提供的实施例中，还包括如下步骤：
S5，服务节点根据自身状态和网络环境变化自主更新服务能力上报策略。
服务节点根据自身状态和网络环境变化自主更新服务能力上报策略，在本发明所提供的实施例中，自身状态变化包括服务节点历史能耗的变化；网络环境变化包括用户节点提供的服务回报r的变化。即当服务节点状态变化时，或者请求服务的用户节点提供的回报等参量变化时，服务节点按照以下公式更新服务能力后反馈给请求服务的用户。
其中，C为服务节点上报给控制器的服务能力；λ为调节因子，可以根据和r的取值进行调节。为服务节点的历史能耗，r为用户节点所提供的服务回报，Cmax为总的最高服务能力。
随着网络运行的过程，服务节点自身的状态和网络环境等会发生改变，这些改变允许其改变服务能力的上报策略。在本发明所提供的实施例中，服务节点根据自身状态和网络环境变化自主更新服务能力上报策略的特性主要包括：
1)服务节点在自身状态和网络环境发生改变时，自主决定改变上报的服务能力；
2)服务节点更新上报的服务能力可以以周期、触发、预警等形式进行；
3)服务节点更新上报能力允许以服务成本和服务回报等为依据。
综上所述，由于移动边缘计算/雾计算网络中存在大量独立的服务节点，本发明所提供的基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法，实现服务节点根据自身特点和网络状态自主参与用户的任务卸载服务。该方法一方面有利于分布式的网络性能优化提升，提高服务节点参与服务的灵活性和积极性；另一方面利于服务节点进行自我保护，防止过载，提升网络运行的稳定性。
本发明还提供了一种基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载系统。如图3所示，该系统包括处理器32以及存储有处理器32可执行指令的存储器31；
其中，处理器32可以是通用处理器，例如中央处理器(CPU)，还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
其中，存储器31，用于存储程序代码，并将该程序代码传输给CPU。存储器31可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)；存储器31也可以包括非易失性存储器，例如只读存储器、快闪存储器、硬盘或固态硬盘；存储器31还可以包括上述种类的存储器的组合。
具体地，本发明实施例所提供的一种基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载系统，包括处理器32和存储器31；存储器31上存储有可用在处理器32上运行的计算机程序，当计算机程序被处理器32执行时实现如下步骤：
将用户节点的服务请求参数发送到控制器；
将服务节点自主上报的服务能力发送到控制器；
使控制器根据用户节点的服务请求参数以及各服务节点上报的服务能力，制定卸载服务策略；
根据制定的卸载服务策略，使选取的服务节点为用户节点提供卸载服务。
其中，当计算机程序被处理器32执行时实现如下步骤；
服务请求参数包括用户任务特性、服务质量需求和用户节点特征。
其中，当计算机程序被处理器32执行时实现如下步骤；
服务节点自主上报的服务能力由服务节点根据自身特性和当前网络状态自主决定。
其中，当计算机程序被处理器32执行时实现如下步骤；
服务节点根据自身特性和当前网络状态自主决定上报的服务能力包括：
1)存在总是完全上报服务能力的服务节点；
2)服务节点以自身利益为导向上报服务能力；
3)服务节点上报的服务能力小于、大于或等于自身实际服务能力。
其中，当计算机程序被处理器32执行时实现如下步骤；
服务节点上报给控制器的服务能力采用如下公式获得：
其中，C为服务节点上报给控制器的服务能力；λ为调节因子，可以根据和r的取值进行调节。为服务节点的历史能耗，r为用户节点所提供的服务回报，Cmax为总的最高服务能力。
其中，当使控制器根据用户节点的服务请求参数以及各服务节点上报的服务能力，制定卸载服务策略时，计算机程序被处理器32执行实现如下步骤；
根据用户节点的服务请求参数判定用户节点的服务性能指标；
根据用户节点的服务性能指标以及服务节点上报的服务能力信息制定卸载服务策略，选取相应的服务节点为用户节点提供卸载服务；
将制定的任务卸载策略发送给用户节点和选定的服务节点。
其中，当根据制定的卸载服务策略，使选取的服务节点为用户节点提供卸载服务时，计算机程序被处理器32执行实现如下步骤；
用户节点根据制定的卸载服务策略将待处理任务划分为子任务；
用户节点根据卸载策略将子任务分发至卸载策略指定的服务节点；
服务节点完成子任务的计算处理并根据服务需求选择是否将计算结果返回用户节点。
其中，当计算机程序被处理器32执行时还实现如下步骤；
服务节点根据自身状态和网络环境变化自主更新服务能力上报策略。
其中，当计算机程序被处理器32执行时实现如下步骤；
所述自身状态变化包括服务节点历史能耗的变化；所述网络环境变化包括用户节点提供的服务回报的变化。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。另外，该ASIC可以位于用户设备中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于通信设备中。
上面对本发明所提供的基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法及系统进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
Claims (10)
1.一种基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法，其特征在于包括如下步骤：
将用户节点的服务请求参数发送到控制器；
将服务节点自主上报的服务能力发送到控制器；
使控制器根据用户节点的服务请求参数以及各服务节点上报的服务能力，制定卸载服务策略；
根据制定的卸载服务策略，使选取的服务节点为用户节点提供卸载服务。
2.如权利要求1所述的基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法，其特征在于：
所述服务请求参数包括用户任务特性、服务质量需求和用户节点特征。
3.如权利要求1所述的基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法，其特征在于：
所述服务节点自主上报的服务能力由服务节点根据自身特性和当前网络状态自主决定。
4.如权利要求3所述的基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法，其特征在于：
服务节点根据自身特性和当前网络状态自主决定上报的服务能力包括：
1)存在总是完全上报服务能力的服务节点；
2)服务节点以自身利益为导向上报服务能力；
3)服务节点上报的服务能力小于、大于或等于自身实际服务能力。
5.如权利要求1所述的基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法，其特征在于所述服务节点上报给控制器的服务能力采用如下公式获得：
其中，C为服务节点上报给控制器的服务能力；λ为调节因子，可以根据和r的取值进行调节。为服务节点的历史能耗，r为用户节点所提供的服务回报，Cmax为总的最高服务能力。
6.如权利要求1所述的基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法，其特征在于所述使控制器根据用户节点的服务请求参数以及各服务节点上报的服务能力，制定卸载服务策略，包括如下步骤：
根据用户节点的服务请求参数判定用户节点的服务性能指标；
根据用户节点的服务性能指标以及服务节点上报的服务能力信息制定卸载服务策略，选取相应的服务节点为用户节点提供卸载服务；
将制定的任务卸载策略发送给用户节点和选定的服务节点。
7.如权利要求1所述的基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法，其特征在于所述根据制定的卸载服务策略，使选取的服务节点为用户节点提供卸载服务，包括如下步骤：
用户节点根据制定的卸载服务策略将待处理任务划分为子任务；
用户节点根据卸载策略将子任务分发至卸载策略指定的服务节点；
服务节点完成子任务的计算处理并根据服务需求选择是否将计算结果返回用户节点。
8.如权利要求7所述的基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法，其特征在于还包括如下步骤：
服务节点根据自身状态和网络环境变化自主更新服务能力上报策略。
9.如权利要求8所述的基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载方法，其特征在于：
所述自身状态变化包括服务节点历史能耗的变化；所述网络环境变化包括用户节点提供的服务回报的变化。
10.一种基于服务节点自主参与的网络节点间任务卸载系统，其特征在于包括处理器和存储器；所述存储器上存储有可用在所述处理器上运行的计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
将用户节点的服务请求参数发送到控制器；
将服务节点自主上报的服务能力发送到控制器；
使控制器根据用户节点的服务请求参数以及各服务节点上报的服务能力，制定卸载服务策略；
根据制定的卸载服务策略，使选取的服务节点为用户节点提供卸载服务。
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